2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系

实验二探究弹簧弹力与形变量的关系原理装置图操作要求注意事项平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,即原长。2.如图所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,得出弹簧的伸长量x1,将这些数据填入自己设计的表格中。3.改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5。1.操作:弹簧竖直悬挂,待钩码静止时测出弹簧长度。2.作图:坐标轴标度要适中,单位要标注,连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧,明显偏离图线的点要舍去。3.适量:弹簧下端所挂钩码不要太多以免伸长量超出弹性限度。4.多测:要使用轻质弹簧尽可能多测几组数据。5.统一:弹力及伸长量对应关系及单位应统一。数据处理1.列表法:将实验数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实验误差允许的范围内,弹力与弹簧伸长量的比值不变。2.图像法:根据测量数据,在建好直角坐标系的坐标纸上描点。以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的倾斜直线。考点一教材原型实验例1(2025·河南省中原名校联盟调研)某同学在做探究“弹簧弹力与形变量的关系”实验中,设计了如图甲所示的实验装置。(1)关于本实验,下列说法正确的是。

A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度B.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量C.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态D.用几个不同的弹簧,各测出一组拉力与伸长量,可得出拉力与伸长量成正比(2)如图乙所示是某根弹簧所受拉力F与伸长量x之间的关系图像,由图可知该弹簧所受拉力F与伸长量x的比值k=N/m(保留3位有效数字)。

(3)该同学用此弹簧制作成一把弹簧测力计,某次测力时弹簧测力计的指针位置如图丙所示,则弹力大小为F=N。

例2(2025·黑龙江高三联考)某实验小组利用如图所示的实验装置测量弹簧的劲度系数,让毫米刻度尺的0刻度线与弹簧上端对齐,实验时通过改变弹簧下端悬挂的钩码数量,改变弹簧的弹力F,并利用刻度尺读出对应的弹簧长度L。(1)下列说法正确的是。

A.悬挂钩码时,应在钩码静止后再读数B.每次必须增加相同个数的钩码,钩码的总重力与弹力F大小相等C.如果未测量弹簧原长,实验就无法得到弹簧的劲度系数D.用几个不同的弹簧分别测出几组弹力与伸长量,得出弹力与伸长量之比相等(2)实验小组先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用刻度尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来。挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹簧的伸长量x,则作出的弹簧弹力F与弹簧的伸长量x之间的关系图像,可能正确的是。

(3)通过F-x图像的斜率求出弹簧的劲度系数k,则k(选填“大于”“小于”或“等于”)劲度系数的真实值。

(4)若实验中毫米刻度尺没有完全竖直,而读数时视线保持水平,则由实验数据测量得到的弹簧劲度系数将(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。

听课笔记

考点二创新拓展实验创新角度:实验装置的改进装置时代化求解智能化1.弹力的获得:弹簧竖直悬挂,重物的重力作为弹簧的拉力,存在弹簧自重的影响→弹簧水平放置,重物的重力作为弹簧的拉力,消除了弹簧自重的影响2.图像的获得:由坐标纸作图得F-x图像→由传感器和计算机输入数据直接得F-x图像例3(2025·湖北省鄂东南联盟学校模拟)某同学利用图甲装置测量轻弹簧的劲度系数。图中光滑的细杆和游标卡尺主尺水平固定在铁架台上,一轻弹簧穿在细杆上,其左端固定,右端与细绳连接;细绳跨过光滑定滑轮,其下端可以悬挂砝码(实验中,每个砝码的质量均为m=50.0g)弹簧右端连有一竖直指针,其位置可通过移动游标使其零刻度线对准指针读出。实验步骤如下:①在绳下端挂上一个砝码,调整滑轮,使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触;②系统静止后,记录指针的位置l1如图乙所示;③逐次增加砝码个数,并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内),记录砝码的个数n及指针的位置l;④将获得的数据作出l-n图像如图丙所示,图线斜率用a表示。回答下列问题:(1)图乙所示读数l1=cm。

(2)弹簧的劲度系数表达式k=(用砝码质量m、重力加速度g和图线的斜率a表示)。若g取9.8m/s2,则本实验中k=N/m(结果保留2位有效数字)。

例4(2025·八省联考云南卷,12)某实验小组在完成“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验后,为提高测量精度,重新设计实验方案来测量弹簧的劲度系数k。实验装置如图甲所示,实验步骤如下:①用卡钳将游标卡尺的游标尺竖直固定在一定高度;②弹簧的一端固定在游标卡尺尺身的外测量爪上,另一端勾住钢球上的挂绳;③将钢球放在水平放置的电子天平上,实验中始终保持弹簧竖直且处于拉伸状态(在弹性限度内);④初始时,调节游标卡尺使其读数为0.00,此时电子天平示数为m0;⑤缓慢向下拉动尺身,改变电子天平的示数m,m每增加1.00g,拧紧游标尺紧固螺钉,读出对应的游标卡尺读数L,在表格中记录实验数据。完成下列填空:(1)缓慢向下拉动尺身,弹簧伸长量将(选填“增大”或“减小”)。

(2)部分实验数据如下表,其中6号数据所对应的游标卡尺读数如图乙所示,其读数为mm。

数据编号123456游标卡尺读数(L/mm)0.004.008.1012.0816.00?电子天平示数(m/g)28.0029.0030.0031.0032.0033.00(3